A. PENGERTIAN KULTUR JARINGAN
Kultur jaringan atau Kultur In Vitro atau Tissue Culture merupakan salah satu cara untuk memperbanyak tanaman secara vegetatif. Jika diterjemahkan per kata, maka kultur artinya budidaya dan jaringan yang artinya sekelompok sel yang mempunyai bentuk dan fungsi yang sama. Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi bagian tanaman seperti daun, mata tunas, maupun organ-organ tumbuhan dan menumbuhkan bagian-bagian tersebut dalam media buatan serta tempat steril yang kaya nutrisi tumbuh dalam wadah tertutup (in vitro) yang tembus cahaya sehingga bagian tanaman dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap. Tanaman pertama yang diperbanyak secara besar-besaran merupakan anggrek. Menyusul setelahnya tanaman hias dan tanaman holtikultura lainnya sedangkan yang terakhir merupakan perbanyakan tanaman kehutanan. Teknik kultur jaringan kemudian berkembang menjadi sarana penelitian di bidang fisiologi tanaman dan aspek-aspek biokimia tanaman. Sekarang ini, teknik kultur jaringan telah mengalami banyak perkembangan dan penyempurnan. Teknik ini juga telah digunakan dalam industry tanaman, seperti tanaman tanpa biji, tanaman dengan pertumbuhan yang lambat atau tanaman hibrida. Sumber eksplan dapat diambil dari tanaman dewasa walaupun tanaman muda lebih baik untuk digunakan, tanaman hasil cangkokan dan tanaman seedling.
 |
| KULTUR JARINGAN |
B. PRINSIP KULTUR JARINGAN
Ilmu yang mendasari kultur jaringan merupakan botani, penyakit tumbuhan, fisiologi tumbuhan, biologi sel tumbuhan dan genetika tumbuhan. Dalam prinsip kultur jaringan juga tak luput dari prinsip ilmu tersebut sehingga berkesinambungan satu dengan yang lainnya. Pelaksanaan teknik kultur jaringan berdasarkan teori sel yang dikemukakan oleh scheiden dan schwan yaitu bahwa sel mempunyai kemampuan totipotensi. Teori Totipotensi Sel (Total Genetic Potential) ini merupakan dasar dari kultur jaringan. Totipotensi sel merupakan potensi genetik setiap sel seperti sel zigot yaitu mampu memperbanyak diri dan berdiferensiasi menjadi tanaman lengkap dan sempurna apabila diletakkan pada lingkungan yang sesuai. Totipotensi yaitu kemampuan setiap sel tumbuhan untuk menjadi individu yang sempurna.
Pada tahun 1969, F.C. Steward mengkaji ulang teori tersebut dengan menggunakan objek empulur wortel. Dengan cara mengambil satu sel empulur wortel, steward bisa menumbuhkannya menjadi individu wortel. Pada tahun 1954, kultur jaringan dipopulerkan oleh Muer, Hildebrandt, dan Riker.
Prinsip kultur jaringan pada tanaman ada dua hal,yaitu:
- Mengisolasi bagian dari tanaman dari tanaman induk ke tempat steril
- Menumbuhkan dan mengembangkan bagian tanaman tersebut pada media yang kondisinya mendorong pertumbuhan bagian tanaman tersebut
Kedua hal tersebut di atas dilakukan dalam kondisi steril dan bebas hama. Eksplan tumbuhan yang digunakan biasanya yang masih muda tetapi bisa juga menggunakan eksplan dari tumbuhan yang tua. Respon pertama dari organ tumbuhan yaitu terbentuknya jaringan penutup luka, sel-selnya terus membelah, jika pembelahannya tidak terkendali akan membentuk massa sel yang tidak terorganisir atau disebut dengan kalus. Sel-sel kalus ini berbeda dengan sel-sel eksplannya, sel-sel menjadi tidak terdiferensiasi, proses ini disebut dediferensiasi atau kembali ke keadaan tidak terdiferensiasi dan terus aktif dalam melakukan pembelahan. Laju pertumbuhan sel di dalam kultur akan menurun setelah beberapa waktu karna menyusutnya kadar nutrisi pada eksplan. Untuk itu dilakukan subkultur yaitu pemindahan sel-sel jaringan ke medium baru untuk mempertahankan laju pertumbuhan sel-sel agar tetap konstan.
Perkembangan selanjutnya yaitu morfogenesis yaitu terbentuknya organ-organ baru yang kemudian akan tumbuh menjadi tanaman utuh atau plantlet yang dihasilkan melalui proses organogenesis (diferensiasi meristem unipolar, menghasilkan ujung tunas yang akan menjasi tunas atau ujung akar yang akan menjadi akar) dan embryogenesis somatic (proses diferensiasi meristem bipolar yang berupa bakal tunas dan akar, dua meristem yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman utuh).
C. FUNGSI KULTUR JARINGAN
Berikut beberapa fungsi kultur jaringan ;
- Untuk memperbanyak tanaman secara vegetatif
- Untuk pemuliaan tanaman dan menghasilkan tanaman dengan genetic baru yang sudah diperbaiki dengan pencampuran jenis
- Untuk mempelajari fisiologi tanaman dan hubungannnya dengan penyakit tanaman
- Untuk mempelajari biokimia tanaman, yaitu untuk memperoleh senyawa metabolit sekunder (nikotin, gosipol, steroid dan lain sebagainya).
- Menghasilkan tanaman baru dengan cepat
D. JENIS KULTUR JARINGAN
Kultur jaringan pada tanaman dibedakan menjadi beberapa golongan berdasarkan bahan tanaman yang dipakai, yaitu:
1. Kultur Embrio
Kultur embrio merupakan isolasi dan pertumbuhan aseptic embrio zigotik mature dan immature yang bertujuan mendapatkan tanaman yang viabel. Kultur embrio belum cukup tua yang diambil dari biji dengan dua macam aplikasi. Pertama sekali, inkompatibilitas pada beberapa spesies atau kultivar yang timbul setelah pembentukan embrio akan menyebabkan aborsi. Kultur ini dapat mengatasi aborsi embrio karna hambatan inkompatibilitas. Mempercepat siklus pemuliaan melalui pengkulturan in vitro bagi embrio yang lambat berkembang.
2. Kultur endosperm
Yang diharapkan dari tanaman ini yaitu menghasilkan tanaman triploid. Dalam pengerjaan kultur ini yang pertama kali dilakukan merupakan mnginduksi endosperm agar terbentuk kalus, selanjutnya diusahakan agar terjadi diferensiasi, yaitu memacu terjadinya tunas dan akar.
3. Kultur Ovari
Kultur ovari merupakan kegiatan yang menghasilkan tanaman haploid. Eksplan yang biasa digunakan untuk inisiasi kultur embrionik somatic. Kultur ini dapat mengatasi aborsi embrio hibrida pada tahap perkembangan awal karena hambatan inkompatibilitas. Fertilisasi secara in vitro untuk memproduksi hibrida yang berkerabat jauh mencegah inkompatibilitas stigma dan stilus yang menghambat perkecambahan polen dan pertumbuhan tabung polen.
4. Kultur Protoplas
Kultur ini merupakan isolasi steril protoplas (sel-sel muda yang telah dilepas dinding selnya menggunakan enzim). Biasanya kultur ini ditujukan untuk hibridisasi somatic. Kultur ini biasanya disebut sebagai kultur supensi, karena terdiri dari medium cair dan sel- sel agregat yang didispersi, karena medianya selalu digoyang. Selama inkubasi jumlah sel tersebut meningkat sampai titik maksimum.
5. Kultur Organ
Kultur organ merupakan kultur yang dapat menggunakan setiap organ tumbuhan sebagai eksplan untuk menginisiasi kultur seperti ujung pucuk, tunas aksilar, ujung akar, hipokotil dan embrio.
6. Kultur Biji
Kultur biji atau seed culture berguna untuk meningkatkan efesiensi perkecambahan biji yang sulit berkecambah secara in vivo. Juga dapat mempercepat perkecambahan melalui aplikasi zat pengatur tumbuh (hormone). Produksi bibit yang bebas h dan p untuk eksplan atau kultur meristem.
7. Kultur Kalus
Kultur ini merupakan induksi dan pertumbuhan aseptic kalus secara in vitro. Kalus biasanya terdiri dari dari kumpulan sel parenkim yang lepas tidak berbentuk dan berasal dari sel- sel yang sedang aktif ditanaman induk. Faktor pendorong yang berperan dalam repoduksi kalus merupakan hormon auksin dan sitokinin. Dengan menggunakan teknik kultur jaringan, kalus dapat dibentuk oleh jaringan tanaman yang biasanya tidak mampu membentuk kalus. Bahan tanaman yang dipakai dalam kultur kalus merupakan jaringan vaskuler kambium, parenkim, perikel dari akar, kotilidon, mesophil dan jaringan provaskuler. Pertumbuhan kalus secara umum dalam kultur jaringan melibatkan hubungan yang sangat komplek antara bahan tanaman yang digunakan, komposisi media dan kondisi lingkungan selama masa inkubasi. Hasil dari kultur kalus merupakan varian genetic baru yang berguna dan memproduksi produk kimia yang bermanfaat.
8. Kultur Meristem (Shoot Apex)
Menurut Cutter (1965) dibedakan antara meristem pucuk (apical meristem) dan tunas pucuk (Shoot apex). Meristem pucuk merupakan titik tumbuh, sedangkan tunas pucuk merupakan titik tumbuh ditambah beberapa daun primordia. Kultur pucuk ini bermanfaat bila digunakan untuk meminimalisir penyakit dari tanaman, misalnya untuk mendapatkan tanaman yang bebas virus pada dahlia dan kentang. Karena titik tumbuh merupakan bagian yang belum mempunyai jaringan vaskuler, sehingga virus atau penyakit lain belum bisa ditranslokasikan di daerah tunas tersebut. Beberapa faktor nutrisi yang berperan dalam keberhasilan kultur meristem yaitu hormone auksin, sitokinin dan hormone lainnya yang membantu pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.
Kultur meristem maupun kultur pucuk bisa dilakukan dalam media padat maupun cair. Bila menggunakan media cair, bisa juga diberi kertas saring yang dilipat seperti huruf M, dan ujung kaki lipatas dikenakan cairan media sehingga hanya rembesan media yang digunakan oleh bahan tanaman yang diletakkan di ujung lipatan kertas.
9. Kultur Anther dan Pollen
Tujuan kultur anther dan pollen merupakan untuk menghasilkan tanaman haploid dari spora yang monoploid, mikro spora atau serbuk sari yang belum masak, penting untuk tujuan pemuliaan. Juga dapat berhasil hampir pada berbagi jenis spesies. Produksi galur-galur diploid homozigot melalui penggandaan kromosom dengan demikian mereduksi waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi galur inbred. Tanaman haploid yang sudah dihasilkan kemudian digandakan dengan colenkim atau dengan teknik regenerasi menjadi diploid homozygote yang fertil.
E. METODE KULTUR JARINGAN
Metode kultur jaringan dikembangkan untuk membantu memperbanyak tanaman, khususnya untuk tanaman yang sulit dikembangbiakkan secara generatif. Tahapan yang dilakukan dalam perbanyakan tanaman dengan teknik kultur jaringan merupakan:
1. Pembuatan media
Media merupakan faktor penentu dalam perbanyakan dengan kultur jaringan. Komposisi media yang digunakan tergantung dengan jenis tanaman yang akan diperbanyak dan harus steril. Media yang digunakan biasanya terdiri dari garam mineral, vitamin, dan hormon. Selain itu, diperlukan juga bahan tambahan seperti agar, gula, dan lain-lain untuk membantu pertumbuhan tumbuhan. Hormon tumbuhan yang ditambahkan juga bervariasi, baik jenisnya maupun jumlahnya, tergantung dengan tujuan dari kultur jaringan yang dilakukan. Media yang sudah jadi ditempatkan pada tabung reaksi atau botol-botol kaca. Ada dua penggolongan media tumbuh yaitu padat (berupa padatan gel sperti agar) dan cair(nutrisi yang dilarutkan dalam air).
2. Inisiasi
Inisiasi merupakan pengambilan eksplan dari bagian tanaman yang akan dikulturkan. Bagian tanaman yang sering digunakan untuk kegiatan kultur jaringan merupakan tunas. Tetapi juga bisa dilakukan dengan organ-organ lainnya serta dari potongan yang berasal dari kecambah atau jaringan tanaman dewasa yang mengandung jaringan meristem.
3. Sterilisasi
Sterilisasi merupakan segala kegiatan dalam kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang steril, yaitu di laminar flow dan menggunakan alat-alat yang juga steril. Sterilisasi juga dilakukan terhadap peralatan, yaitu menggunakan etanol yang disemprotkan secara merata pada peralatan yang digunakan. Teknisi yang melakukan kultur jaringan juga harus steril. Biasanya medianya disterilkan dengan zat tertentu dan dibakar.
4. Multiplikasi
Multiplikasi merupakan kegiatan memperbanyak calon tanaman dengan menanam eksplan pada media. Kegiatan ini dilakukan di laminar flow untuk menghindari adanya kontaminasi yang menyebabkan gagalnya pertumbuhan eksplan dan diletakkan pada rak-rak dan ditempatkan di tempat yang steril pada suhu kamar.
5. Pengakaran
Pengakaran merupakan fase dimana eksplan akan menunjukkan adanya pertumbuhan akar yang menandai bahwa proses kultur jaringan yang dilakukan mulai berjalan dengan baik. Diamati setiap hari untuk melihat pertumbuhan dan perkembangan akar serta untuk melihat adanya kontaminasi oleh bakteri ataupun jamur yang ditandai dengan eksplan menjadi berwarna putih atau biru (disebabkan jamur) atau busuk (disebabkan bakteri).
6. Aklimatisasi
Aklimatisasi merupakan kegiatan memindahkan eksplan keluar dari ruangan, masa adaptasi tanaman hasil pembiakan secara kultur jaringan yang semula kondisinya terkendali (in vitro), kemudian berubah pada lingkungan lapangan yang kondisinya tidak terkendali lagi (ex vitro). Disamping itu tanaman juga harus mengubah pola hidupnya dari tanaman heterotrof ke autotrof. Dibantu dengan pemasangan sungkup atau penutup. Setelah bibit mampu beradaptasi dengan lingkungan barunya maka secara bertahap sungkup dilepaskan dan pemeliharaan bibit dilakukan dengan cara yang sama dengan pemeliharaan bibit generatif.
F. FAKTOR – FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KULTUR JARINGAN
1. Genotip
Tanaman dikotil dan monokotil berbeda dalam pertumbuhannya. Tanaman dikotil lebih mudah dikembangkan dalam kultur jaringan. Pertumbuhan tumbuhan secara in vivo, juga mudah secara in vitro. Tetapi sebaliknya yang bisa dilakukan secara in vitro tidak dapat secara in vivo.
2. Media
Komposisi media, zat pengatur tumbuhan dan media yang digunakan baik padat maupun cair sangat mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan dalam kultur jaringan
3. Faktor lingkungan
Faktor lingkungan yang mencolok merupakan ph, temperature, kelembaban dan cahaya mempengaruhi perkembangan dan pertumbuhan.
4. Ukuran container (botol ukur)
Berkaitan dengan konsentrasi oksigen dan karbondoiksida etilen atau senyawa lainnya di ruang sisa dalam container.
5. Umur tanaman dan jaringan
Jaringan embrionik mempunyai kemampuan regenerasi lebih besar, misalnya biji dan embrio. Makin tua umur tanaman kemampuannya dalam regenerasi semakin menurun. Rejuvenasi atau peremajan tanaman, dapat menghasilkan tunas-tunas yang dapat dipakai sebagai sumber eksplan.
6. Tahap fisiologis
Eksplan yang diambil pada tahap vegetative lebih mudah mengalami regenerasi secara in vitro dibanding diambil pada tahap generative.
7. Kesehatan tanaman
Eksplan yang diambil dari tanaman yang sehat akan tumbuh lebih baik selama in vitro
8. Pengaruh musim
Musim, mempengaruhi baik buruknya pertumbuhan eksplan, ada kaitannya dengan cadangan makanan yang tersimpan, dormansi, pertumbuhan dan sebagainya.
9. Kondisi pertumbuhan
Tanaman yang tumbuh di rumah kaca, mengalami etiolasi dan baik jika dipakai sumber eksplan.
10. Posisi eksplant pada tanaman
Semakin tinggi posisi sumber eksplan pada pohon, kemungkinan terbentuknya akar adventif makin rendah.
11. Ukuran eksplan
Ukuran eksplan yang lebih besar lenih mudah tumbuh dan beregenerasi, karena persediaan cadangan makanan yang dimiliki lebih besar. Kadang-kadang menyebabkan nutrisi pada media tidak berpengaruh. Pada kultur jaringan tertentu, diperlukan ukuran eksplan yang kecil untuk diperoleh pertumbuhan yang diinginkan misalnya pada kultur meristem.
12. Pelukaan
Luas pelukaan pada eksplan mempengaruhi pertumbuhan dan jumlah nutrisi yang dapat diserap dari luka meningkatkan produksi etilen.
13. Metode inokulasi
Letak eksplan yangdiletakkan terbalik atau apolar, pertumbuhan akar adventif dan tunas lebih mudah dan cepat, dibandingkan tumbuhan normalnya.
14. Pemeliharaan
Kalus yang diletakkan di tengah-tengah populasi sel, akan mengeluarkan substansi ke medium yang akan member pengaruh positif pada pembelahan sel
15. Preparasi
Persiapan tanaman yang akan dipakai sebagai sumber eksplan dan sterilisasinya baik perlakuan hormone atau nutrisi untuk menghasilkan eksplan yang dapat tumbuh dengan baik.
G. KEUNTUNGAN DAN KERUGIAN KULTUR JARINGAN
1. Keuntungan Kultur Jaringan
- Pengadaan bibit tidak tergantung musim dan dapat dilakukan sepanjang tahun.
- Bibit dapat diproduksi dalam jumlah banyak dengan waktu yang relatif lebih cepat (dari satu mata tunas yang sudah respon dalam 1 tahun dapat dihasilkan minimal 10.000 planlet/bibit)
- Bibit yang dihasilkan seragam atau identik dengan induk
- Bibit yang dihasilkan bebas penyakit (menggunakan organ tertentu)
- Biaya pengangkutan bibit relatif lebih murah dan mudah
- Dalam proses pembibitan bebas dari gangguan hama, penyakit, dan deraan lingkungan lainnya.
- Metabolit sekunder tanaman segera didapat tanpa perlu menunggu tanaman dewasa
- Dapat memperbanyak tanaman langka dalam waktu singkat
- Dapat menghasilkan senyawa metabolit sekunder yang berguna dalam bidang farmasi.
2. Kerugian kultur Jaringan
- Bibit hasil kultur jaringan sangat rentan terhadap hama penyakit dan udara luar
- Kultur jaringan dinilai mahal dan sulit.
- Membutuhkan modal ivestasi awal yang tinggi untuk bangunan (laboratorium khusus), peralatan dan perlengkapan.
- Diperlukan persiapan teknisi yang handal untuk mengerjakan perbanyakan kultur jaringan agar dapat memperoleh hasil memuaskan
- Akar produk kultur jaringan kurang kokoh